基于雙層優(yōu)化的電動汽車充放電調(diào)度策略

董新 李雪云 謝笑寒

摘 要：隨著時代的發(fā)展，人們逐漸認(rèn)識到了石油等不可再生能源日益枯竭，在當(dāng)今這個能源日益緊缺的大背景下，傳統(tǒng)的汽油帶動的汽車在今后必定會淘汰，科學(xué)家研究發(fā)明的電動汽車不僅具有運行產(chǎn)生的大氣污染、巨大噪音安全舒適等特點還可以規(guī)避掉不可生能源日益缺乏的現(xiàn)狀問題。在電動車的普及中逐漸帶入了新的問題，大量的人使用電動車的充電時間不規(guī)范以及電壓要求等問題給整個電力輸送系統(tǒng)帶來了很大的傷害，因此本文就電動汽車充放電的新型調(diào)度模型作整體介紹。

關(guān)鍵詞：電動汽車；充放電；調(diào)度模式；雙層優(yōu)化模型

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.20.003

0 引言

目前市場上的電動汽車從外形到內(nèi)部的蓄電池都有著千差萬別的不同。電動汽車與線路相連時不僅會出現(xiàn)充上電的情況極有可能還會出現(xiàn)放電的情況。因此要在提高整體充電效率的同時，保護(hù)好整體的輸電網(wǎng)絡(luò)就要對整體的電動汽車用戶進(jìn)行統(tǒng)一的調(diào)度管理。

1 分層調(diào)度模式

電動車調(diào)度模式是考慮到未來電動汽車急劇增多的情況下，傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)要想實現(xiàn)為每一個電動車進(jìn)行充電是很難實現(xiàn)的。因此尋找一個解決的方法是很急切的，科學(xué)家們采用了學(xué)習(xí)互聯(lián)網(wǎng)的運營方式，建設(shè)雙層拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，采用雙層管制系統(tǒng)進(jìn)行整體的管理。當(dāng)今雙層優(yōu)化電動汽車充放電調(diào)控系統(tǒng)是以發(fā)電站為核心向周圍以星狀射線的方式進(jìn)行發(fā)散給更多的子網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)而子網(wǎng)絡(luò)再向下構(gòu)成整體網(wǎng)絡(luò)。

2 當(dāng)代相關(guān)機(jī)制

（1）申請報備機(jī)制。在用戶購買完成電動汽車后，應(yīng)該主動向運營商報告自己車輛電池的具體信息，蓄電池荷電狀態(tài)（SOC）。因為運營商根據(jù)車輛的SOC推斷出蓄電池的充電功率、放電功率、電量的消耗速率等情況，進(jìn)行調(diào)度充電時的電壓以及電功率等。[1]在這個的實行時，應(yīng)該給用戶說明其中的原因，讓用戶明白這樣對他們有很大的好處。這樣可以保證整個調(diào)度計劃更有效的實行。

（2）數(shù)據(jù)分析合并劃組機(jī)制。在現(xiàn)今已經(jīng)有很多用戶看到了電動車使用的重要性，并已經(jīng)投入了電動車的使用行列中，很多地區(qū)也已近有類似運營商的一層出現(xiàn)，當(dāng)今的主要任務(wù)是對當(dāng)下已經(jīng)購買的電動汽車進(jìn)行歸類，將不同型號的車組成不同的集合，在后期電動汽車的普及過程中，可以直接將上傳的信息放入以前的檔案集合中。前期做好歸檔劃分工作可以有效地減少后期的工作量。

3 雙層優(yōu)化模型

（1）雙層優(yōu)化模式主要架構(gòu)以及理念。在十九世紀(jì)七十年代外國科學(xué)家都已經(jīng)提出了將電動車充電多層管理的理念，用來將大規(guī)模的問題小層次多集體的進(jìn)行解決。[2]本文內(nèi)的雙層規(guī)劃是指將整體劃歸為兩層，上次的計劃可以直接影響下層的行為和運行總計劃，下層的行為會時時傳遞給上層，使上下兩層之間可以進(jìn)行動態(tài)的平衡。雙層規(guī)劃當(dāng)今已經(jīng)研究出了具體的數(shù)據(jù)。

（2）上層優(yōu)化模型主要內(nèi)容。上層主要內(nèi)容是各代理運營商與供電場之間的聯(lián)系，因為整體調(diào)控大規(guī)模充放電給電廠帶來的負(fù)載很大，然而投入太多的電力沒有被及時消耗又會造成能源的損耗。因此單位區(qū)域內(nèi)運營商可以根據(jù)充電情況和實際電力消耗情況進(jìn)行計算優(yōu)化整體的電力調(diào)度計劃提高電力的利用率。減少電力產(chǎn)生量與消耗量之間的偏差。具體從以下方面體現(xiàn)：

1）發(fā)電機(jī)發(fā)電能力對整體供能約束。

解釋：PMIN、PMAX 是整個機(jī)組在進(jìn)行輸出時，可以輸出的有效功的上界限和下界限。QMIN、QMAX是不做功時整體能量損耗的上界限和下界限。

2）傳輸功率約束。線路都是傳統(tǒng)的銅芯電路，電路整體的調(diào)試使用時應(yīng)該考慮到電線最大的負(fù)載電功率，因此在電路電壓供給方面發(fā)電廠與各個廠家之間都進(jìn)行了計劃的商調(diào)，根據(jù)線路所能帶動的理論最高電功率除去一定的比例得到最高供電電功率。

P實=P理*X

解釋：X是一個小于1的定值，P理是理論上電線可以帶動的電功率，P實是實際情況下線路可供傳輸?shù)碾姽β省3]

（3）下層優(yōu)化模型主要內(nèi)容。下層傳輸模型是由單位區(qū)域內(nèi)電瓶車用戶與充電運營商之間建立的關(guān)系為基礎(chǔ)構(gòu)建的模型體系，在下層模型中由于上層對下層傳輸電能的多少以及線路中電流的大小都有約束，這也使下層在使用電能時具有局限性。但下層在調(diào)度時，主要從以下幾方面進(jìn)行考慮：

1）電動汽車電池的安全性。

解釋：SMIN指的是電動汽車電池SOC的最低值，SMAX是指電動汽車電池SOC的最高值，為了保證蓄電池的壽命，使電池可以更加長時間的使用，運營商在與客戶的協(xié)商中制定了一定的標(biāo)準(zhǔn)，提高電池使用壽命與安全性。

2）次日運行總路程。

解釋：L真實指的是用戶第二天想要運行的路程；L理論是指理論上充電的多少可以行駛的距離。在充電與行駛距離相比較時，真實行駛距離要小于計劃行駛距離，因為計劃行駛距離是不考慮上坡下坡等特殊道路電路消耗的理想值，而實際上很多路況都會加大能量的消耗。

3）不可以進(jìn)行調(diào)度的約束。不可以進(jìn)行調(diào)度的約束是指用戶在能量使用時不可以進(jìn)行計劃，并且運營商在接到用戶充電申請時必須進(jìn)行處理，因此便將這種內(nèi)容成為不可調(diào)度的約束。[4]不可調(diào)度性是直接致使電力網(wǎng)絡(luò)在未知時段內(nèi)出現(xiàn)負(fù)載或是空載的主要原因，因而要想更加有效地保護(hù)整個電路就應(yīng)該將不可調(diào)度的情況也一定概率性的劃歸到整體計劃中。

4 結(jié)束語

電能作為有效解決目前世界能源危機(jī)的基礎(chǔ)能量之一有著廣泛的開發(fā)前景。隨著電動汽車的普及化，在未來新型電動汽車會逐漸取代汽油柴油汽車的地位，在大量電動車投入使用時如果不進(jìn)行有效的充放電協(xié)調(diào)管控，就極有可能對整個電力傳輸系統(tǒng)造成損害。因此當(dāng)下在電動汽車投入市場的初期我們就應(yīng)該建立并逐漸健全電動汽車管控機(jī)制，為未來的大規(guī)模電動車接入打下技術(shù)基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1]徐立中，楊光亞，許昭等.電動汽車充電負(fù)荷對丹麥配電系統(tǒng)的影響廣[J].電力系統(tǒng)自動化，2011，35（14）：18-23.

[2]趙俊華，文福拴，楊愛民等.電動汽車對電力系統(tǒng)的影響及其調(diào)度與控制問題[J].電力系統(tǒng)自動化，2011，35（14）：2-10.

[3]姚偉鋒，趙俊華，文福拴等.基于雙層優(yōu)化的電動汽車充放電調(diào)度策略[J].電力系統(tǒng)自動化，2012，36（11）：30-37.

[4]湯曉青，劉輝，范宇等.基于改進(jìn)多目標(biāo)遺傳算法的實時發(fā)電市場優(yōu)化調(diào)度研究[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2017（17）.